ca1650普通车床改造成cs-51系列单片机控制的经济型数控机床机械设计及制造专业毕业设计毕业论文

ca1650普通车床改造成cs-51系列单片机控制的经济型数控机床机械设计及制造专业毕业设计毕业论文内容摘要：

丝杆导程 L0=5mm 初选步进电动机步距角 ，可计算出传动比 i 为 i=360fp/Q2L0=360 5= 考虑到结构上的原因，不能是齿轮直径太大，以免影响到横向溜板的有效行程。 故此处可采用两级齿轮减速； i=Z1/Z2 Z3/Z4=3/5 4/5=24/40 20/25 Z1=24 Z2=40 Z3=20 Z4=25 因进给运动齿轮受力不大，模数 m 取 2，有关参数参照下表 高等教育毕业设计说明书 第 页 13 齿轮传动几何参数 齿数 Z 32 40 24 40 20 25 分度圆 d=mz 64 80 48 80 40 50 齿顶数 d=d+mz 68 84 52 84 44 54 齿宽 6~10 20 20 20 20 20 20 中心距 A=(d+d)/2 72 64 45 齿根数 d= 59 75 43 75 35 45 为了消除齿轮侧隙，可采用双片齿轮，这 样齿宽可加大到（ 6~10mm） 第五节 步进电动机的计算和使用 选用步进电动机时，应首先根据机械结构草图计算机械传动装置及负载在折算到电动机轴上的等效传动惯量包括步进电动机转子的传动惯量，分别计算各种工况下所需的等效力矩，再根据步进电动机的量最大静载负载和起动运行频率特征选择合适的步进电动机，但在初选步进电动机之前，不仅未画出机械机构草图，而且无法确定步进电动机的转子的转动惯量，因而必须先根据一些估数据初选步进电动机的型号，再按上述方法进行验算。 由于步进电动机的工作的特点是脉冲走一步，每一步都有一个加 速过程，因而对负载惯量很敏感，为了满足负载惯量尽可能小的要求，同时也要满足一定的脉冲当量，常采用齿轮降速传动。 一、初选步进电动机步距角θ 对步进电动机施加一个脉冲信号时，步进电动机就用转一个固定的角高等教育毕业设计说明书 第 页 14 度，叫做步距角，电动机的总回转角和输入脉冲数成正比，而电机的转速则正比于输入脉冲的频率，步进电动机的步距角越小，意味着它能达到的位置精度越高，通常步距角是 、 ，步距角的大小跟通电方式机转速有关，在步进电动机技术数据中θ是以分数形式给出的两个数，其中分子所表示的步距角的通电方式是双向的，分母 表示的步距角是单向的。 150BF002 步进电动机步距角为 或 ，其 ， 是五相五拍。 二、初选步进电动机 〈一〉纵向进给步进电机负载转矩 Tm Fm，计算步进电机的负载转矩Tm（ N cm） Tm=3600fpFm/2yθ 0π 式中： fp=脉冲当量（ mm/step) Fm—— 进给牵引力（ N) θ 0—— 步距角初选双拍列为 y—— 电机丝杆的传动频率，为齿轮轴承丝杆效率之积，分别为 、 和 Tm=3600fpFm/2yθ 0π =3600 2288/2π = cm Tq Tq=Tm/~ 高等教育毕业设计说明书 第 页 15 = = cm Timax 查表如取五相十拍时，则 : Timax=Tq/ == cm fe 和最高启动频率 fk fe=100VS/60fp fk=1000Vmax/60fp =1000 =4000HZ 式中： VS—— 最大切削进给速度（ mm/min) Vmax—— 最大位移速度（ m/min) fp—— 脉冲当量取 根据估算出的最大静转矩 Tmax，在表中查出 130BF001 的最大静转矩是 cm＞ Timax，可以满足条件，考虑到经济型数控车床有可能使用较大的切削用量，应选择大转矩的步进电 5:23 PM 机，以留下一定的余量，另一方面， 与同类型机床进行类比，决定利用 150BF002 步进电机，但从表中查出， 150BFF002 步进电机最高空转起动频率 2800HZ，不能满足 fk（ 4000HZ)的要求，此项指标可暂不考虑，可以采用软件升降速程序来解决。 高等教育毕业设计说明书 第 页 16 (二） 校核步进电动机转矩 初选出步进电机型号，并绘制私服系统结构草图之后，就可以按下面步骤计算私服系统折算到步进电机轴上的系统流动惯量及等效转矩，进行校核。 转动惯量计算 （ 1）齿轮轴、丝杠等圆柱体惯量计算 圆柱体转动惯量（ kg㎡）计算公式如下： J=MD2/f 对于钢材： J= D2L 103 式中： M—— 圆柱体质量（ kg) D—— 圆柱体直径（ cm） L—— 圆柱体长度或圆度（ cm） 钢材的密度为 105 kg/cm3 所以 J1= 103 d14L1 ( 103 2)kg cm2= cm2 J2= 103d24l2 =（ 103 84 2） kg cm2 = cm2 J3=（ 103 44 150） kg cm2 （ 2） 步进电机转子转动惯量 参考同类型机床，初选反应时步进电机 150BF 其转子转动惯量Jm=10kg cm2 高等教育毕业设计说明书 第 页 17 （ 3） 传动系数折算到电机轴上的总转动惯量可由下式计算出来 Jε =Jm+J1+（ Z1/Z2)2 [（ J2+J3） +G/g（ L0/2π） 2] 式中： Jm—— 步进电动机转子转动惯量（ kg cm2） J J2—— 齿轮 Z Z2的转动惯量（ kg cm2） J3—— 滚珠丝杆转动的惯量（ kg cm2) 代入数据 计算则： Jε =Jm+J1+（ Z1/Z2)2 [（ J2+J3） +G/g（ L0/2π） 2]4 =10++（ 32/40） 2 [(+)+1500 ( 4π 2)] = cm2 必须注意：在上式中根据实践经验，传动系统惯量 J 和转子惯量 Jm 之间，有一个惯量的匹配问题， Jm/J 的比值不能太小，否则机床动态特型将会有很大的区别，并且很容易受切削力、摩擦力干扰的影响，但 Jm/J 太 小，也是很不经济的。 考虑步进电动机与传动系统惯量。